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各種材料劣化之標準文獻回顧

國際所使用之各種標準規範中,測定性能劣化之方法種類眾多,而本節主 要針對加速劣化中以光照試驗進行文獻探討,對於不同材料暴露在氙弧燈、開放 式碳弧燈、密閉式碳弧燈或紫外線螢光燈所產生之加速劣化以及部分材料經重複 性之加濕、乾燥,本研究參照美國材料試驗學會(ASTM)、美國汽車工程師協會

(Society of Automotive Engineers , SAE )、 國 際 標 準 化 組 織 ( International Organization for Standardization , ISO)以及我國之國家標準(Chinese National Standards , CNS)所訂定不同之測試標準,整理其試驗方法、暴露時間以及劣化 後所產生之性能衰減或物理變化,並將參考標準所對應之材質和暴露光源整理如 表 2-2。然而,回顧國內外相關之材料劣化標準,目前未有針對隔熱膜之標準劣 化試驗方法。因此,本研究為訂定建築用玻璃隔熱膜之劣化試驗方法,本節首先 整理目前國際上有關各種材料之劣化標準。

2.4.1 不同材料劣化之方法

以下統合整理了目前國際上對於各種材料之加速劣化標準及其所使用燈源 之相關規範,包括了黏著材或填縫劑、塑膠聚合材、非金屬材料、塗料類以及由 美國汽車工程師協會(SAE International)所制訂的一系列車用材料劣化試驗標準。

分別概要簡述如下列各小節。

表 2-2 國際加速劣化標準與使用燈源整理

ASTM C732(2017) (ASTM Standard C732 2017)

ASTM C734(2015) (ASTM Standard C734 2015)

彈性接 合和填 縫劑

ASTM C793(2017) (ASTM Standard C793 2017)

ASTM C793(2017) [3] ASTM C793(2017) [3]

溶劑型 填縫劑

ASTM C1257(2015) (ASTM Standard C1257 2015)

ASTM C1257(2015) [4]

填縫劑

ASTM C1442(2014) (ASTM Standard C1442 2014)

ASTM C1442(2014) [5]

建築用 填縫劑

ASTM C1501(2014) (ASTM Standard C1501 2014)

ASTM C1519(2010)

ASTM C1501(2014) [6]

ASTM C1519(2010) 橡膠 ASTM D750(2017) ASTM D750(2017) ASTM D750(2017) 壓力感

ISO 4892-1(2016)總則 ISO 4892-4(2013)

ASTM F1164(2014) ISO 4892-3(2016) ISO 4892-2(2013) 建築用

聚合材 CNS 8910(2017) CNS 8910(2017) CNS 8910(2017) 非

ASTM G151(2013)總則

ASTM G154(2016) ASTM G152(2013)

ASTM G153(2013) ASTM G155(2013)

車 輛 材 料

汽車室

外材料 SAE J2020(2016)

SAE J2019(2012) SAE J1960(2008) SAE J2527(2004) 汽車內

部飾件 SAE J2212(2012)

(資料來源:本研究整理)

 矽膠填縫劑(Latex Sealants)之劣化方法:

ASTM C732 (ASTM Standard C732 2017)為矽膠填縫劑之劣化標準規範,使 用輻射量為0.51 W/m2 / nm、波長為 340nm 之氙弧燈連續照射 500 小時,並以水 沖洗後檢查與未進行曝光之樣本比較是否有陷落、裂痕、顏色變化,或是否對木 材、鋁材失去黏著性等情況。此外,ASTM C734 (ASTM Standard C734 2015)採 用與ASTM C732 同樣劣化方法,然二者之相異處在於其檢驗劣化性能之方式。

 彈性接合填縫劑(Elastomeric Joint Sealants)之劣化方法:

ASTM C793 (ASTM Standard C793 2017)為彈性接合填縫劑之劣化標準,對 象分為多重成分填縫劑(Multicomponent sealants)與單一成分填縫劑(Single-component sealants),有相異的樣品準備方法:多重組成分填縫劑為在至少 200 公克之填縫劑中加入凝固劑和一些塗料,單一成分填縫劑則僅有 200 公克之填 縫劑,分別將不同之樣本置於密閉之容器中靜置至少24 小時,之後將其均勻混 和。此試驗所使用之燈源可為開放式碳弧燈、紫外線螢光燈或是0.51W/m2/nm、

340nm 之氙弧燈,將樣本表面面對暴露裝置,且樣本必須被限制在至少中心區域 90%輻射量之區域內,樣本放在特定暴露區域之後開始曝光,對於開放式碳弧燈 以及氙弧燈,其曝光週期為兩小時之光照接著進行兩小時光照加上樣本表面水噴 霧,所有光源持續曝光時間至少250 小時,當結束光照後,試驗樣本與對照組進 行表面觀察之比較,並將其放入冷凍器中,24 小時後將試驗樣本沿軸心處於一 秒內彎折180 度,判斷彎曲面是否有裂痕發生。

 溶劑型填縫劑(Solvent-Release-Type Sealants)之劣化方法:

ASTM C1257 (ASTM Standard C1257 2015)為溶劑型填縫劑之劣化標準規範,

將填縫劑注入清洗並乾燥過之 U 型管中,並以膠帶封住開口使其凝固,隨後將

(1) 使用 UVA-340 紫外線螢光燈對樣本進行劣化,如果樣本厚度不足 20mm 厚,

則曝光週期為在60(±2.5)℃黑色面板溫度下曝光8 小時,接著在 50(±2.5)

℃未絕緣背板溫度下進行 4 小時之結露;若樣本厚度超過 20mm,則其曝

光週期為在60(±2.5)℃黑色面板溫度下曝光5 小時,接著進行一小時曝

光加樣本表面水噴霧,水溫不得高於40(±2.5)℃。

(2) 使用0.51W/m2/nm、340nm 之氙弧燈照射 1000 小時。取出樣本後在標準狀

態下靜置 2 小時,並判斷曝光後之樣本是否有粉化、碎裂,或是溶劑釋放

型膠是否有黏著力、凝聚力之不足之情形。

 一般填縫劑(Sealants)之劣化方法:

ASTM C1442 (ASTM Standard C1442 2014)為一般填縫劑之劣化標準規範,

將試體在標準狀態下放置21 天使其凝固後,將試體面朝光源並放置於適當距離,

樣本必須被限制在至少中心區域 90%輻射量之區域當中,當試驗溫度及相對溼 度達穩定狀態時,開始進行以下任三種方式之連續曝光:

(1) 以裝有日光過濾器(daylight filter)之氙弧燈進行光照,輻射量不得低於 0.35

(±0.02)W/m2/nm 亦不得高過 0.51(±0.02)W/m2/nm,其循環週期為在 50(±10)%相對溼度、70(±2.5)℃溫度下光照102 分鐘,接著 18 分鐘

光照加上在樣本表面進行21(±5)℃之水噴霧。

(2) 使用 UVA-340 紫外線螢光燈對樣本進行劣化,如果樣本厚度不足 20mm 厚,則曝光週期為在60(±2.5)℃黑色面板溫度下曝光8 小時,接著在 50

(±2.5)℃溫度下進行 4 小時之結露;若樣本厚度超過20mm,則其曝光

週期為在60(±2.5)℃溫度下曝光5 小時,接著進行一小時曝光加樣本表

面水噴霧,水溫不得高於40(±2.5)℃。

(3) 使用裝有日光過濾器之開放式碳弧燈,其循環週期為在50(±10)%相對 溼度、70(±2.5)℃溫度下光照光 102 分鐘,接著 18 分鐘光照加上在樣

本表面進行21(±5)℃之水噴霧。

在此標準內,所有劣化光源並無規範所需測試時間之長短,而是決定特定 之輻射量或是曝光量,而特定之輻射量則是取決於使用者自行定義之性能衰減程 度,比起規定一個標準時間更能精確的決定自己需要之劣化程度。

ASTM C1501 (ASTM Standard C1501 2014)為建築用填縫劑劣化之標準規範,

該標準使用UVA-340 型紫外線螢光燈或輻射量為 0.35 W/m2/nm、340nm 與 0.51 W/m2/nm、340nm 間之氙弧燈照射,樣本必須被限制在至少中心區域 90%輻射 量之區域當中,連續曝光1000 小時後,將樣本置於標準狀態下 2 小時,隨後判 斷每一個曝光樣本之顏色變化。而,ASTM C1519 (ASTM Standard C1519 2010) 同為建築用填縫劑劣化之標準規範,所使用之燈源一樣是0.51 W/m2/nm 之氙弧 燈或 UVA-340 型紫外線螢光燈,但暴露時間為期四週,並在曝光後進行六次之 壓縮循環,目的在於檢測樣本是否有裂縫、碎裂或黏著力以及凝聚力等問題。

 橡膠(Rubber)劣化之方法:

ASTM D750(ASTM Standard D750)(ASTM Standard D750 2017) 針對橡膠(Rubber)劣化之標準規範,樣本必須被限制在至少中心區域 90%輻射量之區域當中進行曝光,連續曝光所使用之光源為以下三種:

(1) 使用開放式碳弧燈,其光照週期為在 60%相對濕度、63°C 絕緣

黑色面板溫度下光照 102 分鐘,接著在樣品之前表面上進行 18

分鐘之照光和21(±5)℃水噴霧。

(2) 使用0.55 W/m2/nm、波長 340nm 之氙弧燈,在實驗室溫度維持 44°C 之穩定溫度時,其光照週期為在 60%相對濕度、63°C 絕緣

黑色面板溫度下光照102 分鐘接著在樣品之前表面上進行 18 分

鐘之照光和水噴霧。

(3) 使用輻射量為0.77W/m2/nm、波長 340nm 之 UVA-340 型紫外線

螢光燈,其光照週期為在 60°C 未絕緣黑色面板溫度為下光照 8

小時,接著在50°C 未絕緣黑色面板溫度下進行 4 小時結露黑暗。

劣化時間並無一定,直到樣本表面開始出現裂縫,或是張力強度、

極限伸長率有改變時即停止光照。

 針對壓力感應膠帶(Pressure-Sensitive Tapes)劣化之方法:

ASTM D3815 (ASTM Standard D3815 2011)為針對壓力感應膠帶之劣化標準 規範,此標準使用開放式碳弧燈進行樣本之連續照射,曝光週期為在63°C 溫度 下光照102 分鐘,接著進行 18 分鐘光照與水噴霧於樣品之前表面上,直至物理 性能出現衰退即停止。ASTM D6551 (ASTM Standard D6551 2011)亦為壓力感應

膠帶之劣化標準,其使用之燈源為0.35 W/m2/nm、波長 340nm 之氙弧燈,光照 週期為進行連續曝光102 分鐘,接著再進行 18 分鐘之光照與水噴霧於樣品之前 表面上,若無特別規定則持續照射2000 小時,當結束曝光後,測試樣本是否有 物理性能上之衰變。

 瀝青(Bituminous Materials)劣化之方法:

ASTM D4798 (ASTM Standard D4798 2016)為瀝青(Bituminous Materials)

劣化之測試標準方法,使用0.35 W/m2/nm 氙弧燈作為劣化燈源時,樣本必須被 限制在至少中心區域90%輻射量之區域當中進行以下兩種曝露循環:

(1) A-1 循環:為穩定狀態時,在 60°C 溫度下光照 51 分鐘,接著進行 9 分鐘

之光照加上水噴霧於樣品之正面;A-2 循環與 A-1 差別在於水噴霧噴灑位

置改為樣本之正面與反面同步進行水噴霧。

(2) B-1 循環:為在試樣正面進行 60 分鐘水噴霧,接著光照 90 分鐘,再進行 120 分鐘光照和水噴霧於樣本正面,接續進行 990 分鐘純光照,最後在-18°C 下持續 180 分鐘之冷暴露。B-2 循環與 B-1 差別在於水噴霧噴灑位 置改為樣本正、反面。

劣化時間時持續至出現最小可辨識裂縫即停止。

ASTM D4799 (ASTM Standard D4799 2017)同為瀝青劣化之標準測

試規範,但所使用之燈源為 UVA-340 型紫外線螢光燈,有六種循環方

式:

(1) 在 60(±2.5)°C 下照射 4 小時 UV,與在 50(±2.5)°C 下 4 小時 結露輪流進行。

(2) 在 60(±2.5)°C 下照射 20 小時 UV,與在 50(±2.5)°C 下 4 小 時結露輪流進行。

(3) 在 80(±2.5)°C 下照射 20 小時 UV,與在 50(±2.5)°C 下 44 小 時結露輪流進行。

(4) 在 60(±2.5)°C 下照射 4 小時 UV 及 15 分鐘水噴霧,與在 50

(±2.5)°C 下之 3.75 小時結露輪流進行。

(5) 在 60(±2.5)°C 下照射 20 小時 UV 及水噴霧 15 分鐘,與在 50

(±2.5)°C 下 3.75 小時結露輪流進行。

(±2.5)°C 下之 3.75 小時結露輪流進行。

當樣本曝光至開始出現裂縫時,即停止曝光。

 塑膠(Plastic)劣化之方法:

ASTM F1164 (ASTM Standard F1164 2014)為對塑膠所訂定之標準規範,將 樣本暴露於UVB-313 型紫外線螢光燈下,在工作溫度為 48.89°C 下以 7 小時之 UV 照射與 5 小時之結露為一循環,總共進行 14 個循環,結束曝光後,將樣本 貼上高黏著性膠帶,並快速以 180 度反向撕開,檢查膠帶上是否有樣本脫落之 物。

除了上述多屬 ASTM 之標準外,美國汽車工程協會之 SAE J2212 (SAE Standard J2212 2012)也有針對汽車內部飾件暴露於氙弧燈中造成劣化訂定標準 規範;SAE J1960 (SAE Standard J1960 2008)、SAE J2019 (SAE Standard J2019 2012) 以及SAE J2020 (SAE Standard J2020 2003)則是對汽車外部配件暴露於氙弧燈以 及紫外線螢光燈中進行劣化所訂定的國際標準。ISO 4892-2 (ISO 4892-2 2016)、

ISO 4892-3 (ISO 4892-3 2016)以及 ISO 4892-4 (ISO 4892-4 2016)則以碳弧燈、氙 弧燈以及紫外線螢光燈對塑膠進行劣化,並訂定標準方法;ISO 16474-2 (ISO 16474-2 2013)使用氙弧燈對油漆塗料訂定了標準方法,讓樣本產生性能及外觀上 之變化。而我國之CNS 8910 (CNS 8910 2017)亦對建築用聚合材料(塑膠)訂定了 一套加速劣化標準方法。以上整理將為本研究後續建立隔熱膜劣化標準之重要參

ISO 4892-3 (ISO 4892-3 2016)以及 ISO 4892-4 (ISO 4892-4 2016)則以碳弧燈、氙 弧燈以及紫外線螢光燈對塑膠進行劣化,並訂定標準方法;ISO 16474-2 (ISO 16474-2 2013)使用氙弧燈對油漆塗料訂定了標準方法,讓樣本產生性能及外觀上 之變化。而我國之CNS 8910 (CNS 8910 2017)亦對建築用聚合材料(塑膠)訂定了 一套加速劣化標準方法。以上整理將為本研究後續建立隔熱膜劣化標準之重要參

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